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저전력 무선통신 인터페이스 플랫폼 설계
Design of Low-power Wireless Communication Interface Platform 원문보기

한국정보처리학회 2017년도 춘계학술발표대회, 2017 Apr. 27, 2017년, pp.1201 - 1202  

이윤구 (한밭대학교 컴퓨터공학과) ,  이재흥 (한밭대학교 컴퓨터공학과)

초록
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최근 IoT 관련 제품들과 IoT를 구현하기 위한 저전력 무선통신에 대한 관심이 높아지고 있다. 저전력 무선통신의 대표적인 예로는 BLE, Zigbee, Wifi, Z-Wave 등이 있다. 본 논문에서는 이러한 저전력 무선통신을 이용하는 디바이스들과 실시간으로 연동할 수 있는 저전력 무선통신 인터페이스 플랫폼을 설계하는 방법을 설명한다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • TI사에서 제공하는 통합개발환경을 이용하여 개발을 진행하고, Bluetooth Protocol Stack을 분석하여 브로드캐스팅 모드와 페어링 모드에서의 데이터를 수신할 수 있도록 펌웨어를 개발한다. 기본적으로 BLE 디바이스들은 페어링, 즉 1대1 연결 전에 필요한 디바이스 정보 및 고유의 값을 브로드캐스팅 한다.
  • 각각의 무선통신 모듈(BLE, Zigbee, Z-Wave) 칩은 자체로 프로세서가 내장된 하나의 칩의 형태로 되어있다.[1] 칩에 내장된 프로세서에 맞는 개발환경을 설정하여 각각의 칩별로 무선 데이터를 수신할 수 있도록 펌웨어를 개발한다. 기본적인 무선통신 모듈의 하드웨어 정보, 센서 데이터 정보들을 읽을 수 있도록 펌웨어를 개발한다.
  • 임베디드 소프트웨어의 내용은 다음과 같다. 각각의 무선통신 모듈과의 통신을 위한 프로토콜을 정의하여 메인 SoC에서 각각의 무선통신 모듈로부터 실시간으로 데이터를 확인할 수 있도록 한다. 이 때, 메인 SoC에서 원하는 데이터만 요청할 수 있고, 자동으로 데이터를 실시간 전송하도록 프로토콜을 구성할 수도 있다.
  • 또한 임베디드 소프트웨어를 개발하여 시스템을 구성하는 방법을 설명한다. 기존의 BLE, Zigbee, Z-Wave 등의 무선통신 기술을 이용한 여러 제품과 연동하여 실제로 의미 있는 데이터를 수집하여 처리할 수 있도록 한다. 각각의 무선통신 모듈을 활성화, 비활성화 할 수 있도록 하는 하드웨어 설계, 디바이스 드라이버 설계, 임베디드 소프트웨어를 개발하는 방법을 설명한다.
  • 이 때, 메인 SoC에서 원하는 데이터만 요청할 수 있고, 자동으로 데이터를 실시간 전송하도록 프로토콜을 구성할 수도 있다. 또한 저전력 무선통신 모듈에 활성화 여부를 지정할 수 있도록 하여 배터리 소모를 아낄 수 있도록 구현한다.
  • 기본적으로 BLE 디바이스들은 페어링, 즉 1대1 연결 전에 필요한 디바이스 정보 및 고유의 값을 브로드캐스팅 한다. 무선통신 통합 인터페이스 플랫폼에 연결된 BLE 모듈이 주변 무선 디바이스의 동작 상태를 확인 할 수 있도록 펌웨어를 개발한다. 현재 Bluetooth Protocol Stack 구조를 (그림 2)에 나타내었다.
  • 본 논문에서는 BLE, Zigbee, Z-Wave 등의 통신을 지원하는 하드웨어 인터페이스 플랫폼을 설계하고, 실제 사용할 수 있도록 디바이스 드라이버를 설계한다. 또한 임베디드 소프트웨어를 개발하여 시스템을 구성하는 방법을 설명한다.
  • 일반적으로 동전 배터리나, 작은 AA/AAA 건전지로 동작하는 BLE, Zigbee, Z-Wave 등은 상시전원 없이도 사용할 수 있도록 설계한다. 여기에 덧붙여 상시전원을 입력할 경우 범용적으로 대용량의 데이터를 전송할 수 있는 Wii-Fi 통신 모듈과 유선 Ethernet을 사용할 수 있도록 설계한다. 각각의 저전력 통신 모듈을 통해 수집한 데이터들을 원격지로 전송을 원할 경우에 사용할 수 있다.
  • 메인 SoC에서 수집한 데이터를 원격에서 모니터링 할 수 있도록 하기 위해서는 하드웨어 플랫폼 자체가 서버형태가 되어야 한다. 이에 인터럽트 방식의 유선통신 데이터 수신을 할 수 있도록 하고, 실시간으로 데이터를 수집하여 저장할 수 있도록 하는 스토리지를 구현한다. 이렇게 되면 권한이 있는 클라이언트는 원하는 무선통신 데이터를 확인할 수 있다.

대상 데이터

  • 메인 SoC인 TCC8925가 내장된 하드웨어 플랫폼을 이용하여 저전력 무선 모듈을 유선통신 인터페이스를 통해 구성한다. 기본적으로 TCC8925가 내장된 하드웨어 플랫폼에서의 소프트웨어 개발은 리눅스 환경에서 이루어진다.
  • 본 논문에서 제안하는 무선통신 인터페이스 플랫폼을 구성하는 메인 SoC는 텔레칩스사의 TCC892X 시리즈를 사용한다. 메인 SoC에서는 무선 저전력 통신 모듈인 BLE, Zigbee, Z-Wave 등의 통신모듈을 유선통신 인터페이스(UART, SPI, I2C)를 통해 연결한다.
  • 기본적인 무선통신 모듈의 하드웨어 정보, 센서 데이터 정보들을 읽을 수 있도록 펌웨어를 개발한다. 예를 들어 BLE 무선통신 모듈의 펌웨어를 개발하기 위해서 우선 본 논문에서는 TI사의 CC2541[2] 칩셋을 사용하여 진행한다.
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